柔性传感器件及其制造方法以及柔性监测装置制造方法及图纸

本公开涉及一种柔性传感器件及其制造方法以及柔性监测装置，所述柔性传感器件包括第一薄膜层、第一金属层、导电聚合物层、第二金属层以及第二薄膜层，所述第一薄膜层、所述导电聚合物层及所述第二薄膜层由柔性材料制成，其中，所述柔性传感器件在受到持续的外力作用时，持续输出直流电压信号。本公开实施例的柔性传感器件可用于监测动作的持续时间。

Flexible sensor and its manufacturing method and flexible monitoring device

【技术实现步骤摘要】
柔性传感器件及其制造方法以及柔性监测装置
本公开涉及电子器件
，尤其涉及一种柔性传感器件及其制造方法以及柔性监测装置。
技术介绍
电子皮肤作为一种模拟人体皮肤保护、感知、应激、调节功能的柔性电子器件或系统，在人机交互、医疗等领域具有广泛的应用前景和实用价值。目前，电子皮肤向着高度集成、可视化、可植入、高度拉伸、非常规参数监测、低能耗等方向发展。为满足用户对电子皮肤性能和功能的需求，同时具备上述多个优点的电子器件也成为亟需。例如，同时具备高度拉伸(电子皮肤适应肢体活动的要求)、非常规参数监测(除传统的压力、温度其他参数的监测)、低能耗(不像传统的电子器件需要大量的能源供应)的电子器件，使得实现更广泛的适用性、更强大的功能、更高的满意度成为可能。再例如，监测力的作用时间是一般传感器很少涉及的非常规参数监测，而传统的压阻式传感器与电容式传感器虽然在施加力的时候可以保持输出一定的时间范围，但需要外电源供给，不满足电子皮肤低功耗的发展要求。压电或摩擦发电机传感器虽然可以自驱动，但脉冲型输出，只能反映动作的间隔时间，不能精确地反映力的作用时间。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种柔性传感器件及其制造方法以及柔性监测装置。根据本公开的一方面，提供了一种柔性传感器件，所述柔性传感器件包括第一薄膜层、第一金属层、导电聚合物层、第二金属层以及第二薄膜层，所述第一薄膜层、所述导电聚合物层及所述第二薄膜层由柔性材料制成，其中，所述柔性传感器件在受到持续的外力作用时，持续输出直流电压信号。在一种可能的实现方式中，所述第一金属层包括金层，所述第二金属层包括铝层；所述导电聚合物层的柔性材料为聚吡咯。在一种可能的实现方式中，所述第一金属层包括铬层及金层，所述第二金属层包括铝层。根据本公开的另一方面，提供了一种柔性监测装置，所述装置包括：如上所述的柔性传感器件；处理部件，与所述柔性传感器件连接，用于接收所述柔性传感器件的直流电压信号，并根据所述直流电压信号确定压力监测信息。根据本公开的另一方面，提供了一种可穿戴设备，所述设备包括如上所述的柔性监测装置，所述设备可穿戴于被监测对象的监测位置。根据本公开的另一方面，提供了一种柔性传感器件的制造方法，所述方法包括：将第一薄膜层以预设比例拉伸，以使所述第一薄膜层处于拉伸状态；在所述第一薄膜层上依次生成第一金属层及导电聚合物层；将第二薄膜层以所述预设比例拉伸，以使所述第二薄膜层处于拉伸状态；在所述第二薄膜层上生成第二金属层；将所述第二金属层与所述导电聚合物层贴合；释放对所述第一薄膜层、所述第二薄膜层的拉伸，得到所述柔性传感器件，所述第一薄膜层、所述导电聚合物层及所述第二薄膜层由柔性材料制成，其中，所述柔性传感器件在受到持续的外力作用时，持续输出直流电压信号。在一种可能的实现方式中，所述第一金属层包括金层，所述第二金属层包括铝层；所述导电聚合物层的柔性材料为聚吡咯。在一种可能的实现方式中，所述第一金属层包括铬层及金层，所述第二金属层包括铝层。在一种可能的实现方式中，所述铬层的厚度为5nm～10nm，所述金层的厚度为50nm～300nm，所述铝层的厚度为50nm～300nm。根据本公开的实施例，柔性传感器件具有可拉伸性，且该柔性传感器件在持续的外力作用下可以自驱动，产生电信号，不需要外部电源，并可持续输出直流电压信号，可用于监测作用于柔性传感器件的动作的持续时间。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的结构示意图。图2示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的输出电压监测方式的示意图。图3示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的输出电压的示意图。图4示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的能带示意图。图5示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的导电聚合物层的厚度变化示意图。图6示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的制造方法的流程图。图7示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的制造过程的示意图。图8示出根据本公开的实施例的柔性传感器件发生弯曲形变时的输出电压示意图。图9示出根据本公开的实施例的柔性传感器件发生拉伸形变时的输出电压示意图。图10a示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向下弯曲的示意图。图10b示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向下弯曲时输出电流的示意图。图10c示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向下弯曲前后的电荷分布的示意图。图11a示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向上弯曲的示意图。图11b示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向上弯曲时输出电流的示意图。图11c示出根据本公开的实施例的柔性传感器件向上弯曲前后的电荷分布的示意图。图12示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的输出电压保持的示意图。图13示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的输出电流保持的示意图。图14示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的多次使用时的输出电压的示意图。图15示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的多次使用时的输出电流的示意图。图16示出了根据本公开的实施例的柔性传感器件的应用场景的示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。本公开的柔性传感器件，能够利用在受到外力作用时产生的机械力诱导导电聚合物空间电荷变化原理，并结合导电聚合物与金属层的肖特基势垒变化的机制，在受到持续的外力作用时，可以持续输出直流电压信号，从而可用于监测动作及动作的持续时间。图1示出根据本公开的实施例的柔性传感器件的结构示意图。如图1所示，所述柔性传感器件包括第一薄膜层11、第一金属层12、导电聚合物层13、第二金属层14以及第二薄膜层15，所述第一薄膜层11、所述导电聚合物层13及所述第二薄膜层15由柔性材料制成。在一种可能的实现方式中，第一金属层12、第二金属层14可以由金、铝或其他金属材料制成，本公开对此不作限制。第一金属层12与第二金属层14的金属材料可以不同。在一种可能的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性传感器件，其特征在于，所述柔性传感器件包括第一薄膜层、第一金属层、导电聚合物层、第二金属层以及第二薄膜层，所述第一薄膜层、所述导电聚合物层及所述第二薄膜层由柔性材料制成，/n其中，所述柔性传感器件在受到持续的外力作用时，持续输出直流电压信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性传感器件，其特征在于，所述柔性传感器件包括第一薄膜层、第一金属层、导电聚合物层、第二金属层以及第二薄膜层，所述第一薄膜层、所述导电聚合物层及所述第二薄膜层由柔性材料制成，
其中，所述柔性传感器件在受到持续的外力作用时，持续输出直流电压信号。


2.根据权利要求1所述的柔性传感器件，其特征在于，所述第一金属层包括金层，所述第二金属层包括铝层；所述导电聚合物层的柔性材料为聚吡咯。


3.根据权利要求2所述的柔性传感器件，其特征在于，所述第一金属层包括铬层及金层，所述第二金属层包括铝层。


4.一种柔性监测装置，其特征在于，所述装置包括：
根据权利要求1-3中任意一项所述的柔性传感器件；
处理部件，与所述柔性传感器件连接，用于接收所述柔性传感器件的直流电压信号，并根据所述直流电压信号确定压力监测信息。


5.一种可穿戴设备，其特征在于，所述设备包括根据权利要求4所述的柔性监测装置，所述设备可穿戴于被监测对象的监测位置。


6.一种柔性传感器件的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，马寅佶，孟艳芳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11